Kako sigurno upravljati naponom od 220 volti koristeći Arduino

Za sustav Smart Home glavni je zadatak kontrolirati kućanske uređaje s upravljačkog uređaja, bilo da je to mikrokontroler tipa Arduino, mikroračunalo tipa Raspberry PI ili bilo koje drugo. Ali to izravno ne uspije, razmislimo kako upravljati naponom 220 V s Arduinom.

Za upravljanje izmjeničnim krugovima, mikrokontroler nije dovoljan iz dva razloga:

1. Na izlazu mikrokontrolera generira se signal konstantnog napona.

2. Struja kroz pin mikrokontrolera obično je ograničena na 20-40 mA.

Imamo dvije mogućnosti za prebacivanje pomoću releja ili korištenje triaca. Triac se može zamijeniti dva tiristora uključena paralelno (ovo je unutarnja struktura triaca). Pogledajmo ovo bliže.

220 kontrola opterećenja pomoću trijaca i mikrokontrolera

Unutarnja struktura trijaca prikazana je na slici ispod.

Tiristor djeluje na sljedeći način: kada se tiristor primijeni naprijed naponom nagiba (plus na anodu i minus na katodu), struja neće prolaziti kroz njega sve dok ne primijenite kontrolni impuls na upravljačku elektrodu.

Napisao sam impuls s razlogom. Za razliku od tranzistora, tiristor je poluprovodnički prekidač SEMI CONTROLLED. To znači da kada se ukloni upravljački signal, struja kroz tiristor i dalje će teći, tj. ostat će otvoren. Da biste ga zatvorili, morate prekinuti struju u krugu ili promijeniti polaritet primijenjenog napona.

To znači da kad držite pozitivni impuls na upravljačkoj elektrodi trebate tiristor u izmjeničnom strujnom krugu da prođete samo pozitivni pola vala. Triac može prolaziti struju u oba smjera, ali zato Sastoji se od dva tiristora međusobno povezana.

Upravljački impulsi u polaritetu za svaki unutarnji tiristor moraju odgovarati polaritetima odgovarajućeg polumalasa, samo kad je taj uvjet ispunjen, izmjenična struja će teći kroz triac. U praksi se takva shema zajednički provodi regulator trostrukog napajanja.

Kao što rekoh, mikrokontroler daje signal samo jednog polariteta, kako bi koordinirao signal trebate koristiti pogonitelj ugrađen na opto simulator.

Tako se signal uključuje na unutarnjem LED-optoparu, on otvara triac koji napaja upravljački signal na triac snage T1. Kao optički pokretač može se koristiti MOC3063 i slično, na primjer, fotografija ispod prikazuje MOC3041.

Zero križni krug - nultofazni krug detektora križanja. Neophodna je za uporabu različitih vrsta regulatora triaca na mikrokontroleru.

Ako je krug i bez optičkog pokretača, gdje je koordinacija organizirana putem diodnog mosta, ali u njemu, za razliku od prethodne verzije, nema galvanske izolacije. To znači da se pri prvom prenaponu mosta može probiti most i visoki napon će biti na izlazu mikrokontrolera, što je loše.

Kad uključite / isključite snažno opterećenje, posebno induktivne prirode, kao što su motori i elektromagneti, dolazi do naprezanja napona, pa morate paralelno instalirati snubber RC krug sa svim poluvodičkim uređajima.

Relej i rduino

Za upravljanje relejima pomoću Rduino treba koristiti dodatni tranzistor da pojača struju.

Imajte na umu da smo koristili bipolarni tranzistor s reverznom vodljivošću (NPN struktura), to može biti domaći KT315 (voljen i svima dobro poznat). Dioda je potrebna za suzbijanje prenapona EMF-a samoindukcije u induktivnosti, to je potrebno tako da tranzistor ne ispadne iz visokog primijenjenog napona.Zašto se to događa objasnit će zakon prebacivanja: "Struja u induktivnosti ne može se odmah promijeniti."

A kada se tranzistor zatvori (uklanjanje kontrolnog impulsa), energija magnetskog polja akumulirana u zavojnici releja mora negdje otići, zbog čega je instalirana obrnuta dioda. Još jednom napominjem da je dioda spojena u smjeru BACK, tj. katoda do pozitivnog, anoda do negativna.

Takvu shemu možete sami sastaviti, što je puno jeftinije, plus što možete koristiti relejnazivno za bilo koji konstantni napon.

Ili kupite gotov modul ili cijeli štit s relejem za Težak:

Na fotografiji se vidi domaći štit, usput, koristio je KT315G za pojačavanje struje, a ispod vidite isti tvornički napravljeni štit:

To su štitnici od 4 kanala, tj. možete uključiti čak četiri retka od 220 V. Detaljno o štitnicima i relejima, već smo objavili članak na web mjestu - Korisni štitovi za Arduino

Dijagram povezivanja opterećenja na naponu od 220 V na Arduino putem releja:

zaključak

Sigurno upravljanje izmjeničnim opterećenjem znači prije svega sigurnost mikrokontrolera sve gore opisane informacije vrijede za bilo koji mikrokontroler, a ne samo ploču Težak.

Glavni zadatak je osigurati potreban napon i struju za kontrolu trojanskog ili releja i galvanske izolacije upravljačkih krugova i izmjeničnog kruga izmjenične struje.

Osim sigurnosti za mikrokontroler, na taj način osiguravate se kako tijekom održavanja ne dođe do strujnog udara. Pri radu s visokim naponom morate se pridržavati svih sigurnosnih pravila, pridržavati se PUE i PTEEP.

Te se sheme mogu koristiti i za upravljanje snažnim pokretačima i kontaktima, Triacs i releji u ovom slučaju djeluju kao srednji pojačalo i koordinator signala. Na snažnim preklopnim uređajima velike struje za upravljanje zavojnicama također izravno ovise o snazi ​​sklopnika ili pokretača.